DE4117445A1 - VALVE TO CONTROL OR REGULATE THE FLOW OF A FLUID - Google Patents

VALVE TO CONTROL OR REGULATE THE FLOW OF A FLUID

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Abstract

1. Valve to control or regulate fluid flow. 2.1 The intention is, by means of a valve, which has a passage for the fluid in which is arranged a valve element which can be rotated by means of an actuating device, to regulate or control a volume flow over a wide range in linear dependence on the rotational movement of the valve element, with a small pressure loss and independently of the inlet pressure. 2.2 The valve element has an aperture which is designed in such a way that its cross-section of passage changes as a third degree function in dependence on the angle of rotation when the valve element is rotated. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern oder Regeln des Durch­ flusses eines Strömungsmittels mit einem Ventilgehäuse, das einen Durchtrittskanal für das Strömungsmittel aufweist und mit einem im Durchtrittskanal angeordneten Ventilelement, das mittels einer Be­ tätigungsvorrichtung drehbar ist.The invention relates to a valve for controlling or regulating the through Flow of a fluid with a valve housing, the one Passage channel for the fluid and with a in Passage channel arranged valve element, which by means of a loading actuating device is rotatable.

Derartige Ventile dienen zur stufenlosen Steuerung oder Regelung des Durchflusses von gasförmigen oder flüssigen Medien. Sie werden beispielsweise zur Leistungsregelung von Gasbrennern benutzt. Um den Durchfluß exakt steuern oder regeln zu können, ist es notwen­ dig, daß jede Drehbewegung eine lineare Änderung des Durchflusses bzw. des Volumenstromes zur Folge hat.Such valves are used for stepless control or regulation the flow of gaseous or liquid media. you will be used for example to regulate the output of gas burners. Around It is necessary to be able to precisely control or regulate the flow dig that every rotary motion is a linear change in flow or the volume flow.

Aus der OS 25 58 272 ist bereits eine Drosselklappe zur Steuerung einer Durchflußmenge in linearer Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Klappe bekannt. Diese Drosselklappe weist einen Grundkörper mit einem besonders gestalteten Durchgangskanal auf. In letzterem befindet sich die drehbare Klappe, die in Abhängigkeit von ihrer Öffnungsstellung die Durchflußmenge steuert.From OS 25 58 272 there is already a throttle valve for control a flow rate in linear dependence on the rotary movement known a flap. This throttle valve has a basic body with a specially designed through channel. In the latter is the rotatable flap, which depends on your Open position controls the flow rate.

Die bekannte Drosselklappe ist aufgrund ihrer besonderen Formgebung fertigungstechnisch aufwendig. Außerdem arbeiten Drosselklappen nicht unabhängig von der Höhe des Eingangsdruckes und verursachen einen großen Druckverlust. Weiterhin ist der Bereich, in dem gesteuert oder geregelt werden kann, nicht sehr groß, da keine Kleinstmengen einstellbar sind.The well-known throttle valve is due to its special shape technically complex. Throttle valves also work not regardless of the level of the inlet pressure and cause a large pressure drop. Furthermore, the area in which can be controlled or regulated, not very large, since none Smallest quantities are adjustable.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das fertigungstechnisch einfach aufgebaut ist und mit dem der Durchfluß eines Strömungsmittels unab­ hängig vom Eingangsdruck mit möglichst geringem Druckverlust in linearer Abhängigkeit von der Drehbewegung des Ventilelementes in einem großen Bereich gesteuert oder geregelt werden kann.Accordingly, the object of the invention is a valve to create the type mentioned, the manufacturing technology simple is built and with which the flow of a fluid independent dependent on the inlet pressure with the lowest possible pressure loss in linear dependence on the rotary movement of the valve element in can be controlled or regulated in a large area.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Ventil­ element eine Öffnung aufweist, die derart gestaltet ist, daß sich ihr Durchtrittsquerschnitt bei einer Drehung des Ventilelementes als Funktion dritten Grades in Abhängigkeit vom Drehwinkel ändert. According to the invention the object is achieved in that the valve element has an opening which is designed such that their passage cross-section when the valve element rotates changes as a function of the third degree depending on the angle of rotation.  

Im gesamten Arbeitsbereich ist eine Linearität zwischen der Dreh­ bewegung des Ventilelementes und dem Durchfluß des Strömungsmediums gegeben. Auch kleinste Volumenströme sind einstellbar, so daß der Durchfluß in einem großen Bereich gesteuert oder geregelt werden kann.In the entire work area there is a linearity between the rotations movement of the valve element and the flow of the flow medium given. Even the smallest volume flows can be set, so that the Flow can be controlled or regulated in a wide range can.

Das Ventil verursacht nur einen kleinen Druckverlust bei maximaler Menge. Es ist sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Drücken ein­ setzbar.The valve causes only a small pressure loss at maximum Amount. It is on at both high and low pressures settable.

Die Feinregulierung ist einfach, da auch kleinste Stellwege reali­ sierbar sind. Das Ventil ist fertigungstechnisch einfach aufgebaut.Fine adjustment is easy because even the smallest travel ranges are real are sizable. The valve is simple in terms of manufacturing technology.

Das Ventilelement kann beispielsweise kugelförmig sein, wobei die Drehachse senkrecht zur Strömungsrichtung liegt. Das Ventil arbei­ tet unabhängig von Druckeinflüssen. Es treten lediglich kleine Rei­ bungsverluste bei der Drehung auf.The valve element can be spherical, for example, the The axis of rotation is perpendicular to the direction of flow. The valve works regardless of pressure influences. Only little Rei kick loss of exercise when turning.

Konstruktiv besonders einfach ist es, wenn das Ventilelement hohl­ zylinderförmig ausgebildet ist, wobei stromab der Öffnung eine Aus­ trittsöffnung vorgesehen ist. In der einseitig gekrümmten Wand kann die Öffnung besonders leicht realisiert werden. Es wird vorausge­ setzt, daß die Austrittsöffnung unabhängig vom Drehwinkel stets geöffnet ist.It is structurally particularly simple if the valve element is hollow is cylindrical, with an off downstream of the opening opening is provided. Can in the one-sided curved wall the opening can be realized particularly easily. It is anticipated sets that the outlet opening is always independent of the angle of rotation is open.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeich­ net, daß ein Drosselelement axial verschiebbar in das Ventilelement eingesetzt ist, derart, daß sich bei der Axialbewegung der maximale Durchtrittsquerschnitt der Öffnung im Ventilelement verändert.A particularly advantageous embodiment is characterized net that a throttle element axially displaceable in the valve element is used in such a way that the maximum in the axial movement Passage cross section of the opening in the valve element changed.

Mit dem Drosselelement kann der maximale Durchfluß bis zu 50% ohne Einschränkung des Drehweges sowie ohne Einfluß auf die Linearität verändert werden und ohne daß ein Ausbau des Ventiles erforderlich wird. With the throttle element, the maximum flow can be up to 50% without Restriction of the rotation path and no influence on the linearity be changed and without having to remove the valve becomes.  

Eine wesentliche Weiterbildung des Ventils nach der Erfindung be­ steht darin, daß die Öffnung des Ventilelementes vier Seitenbegren­ zungen aufweist, von denen zwei parallel zur Achse verlaufen und ungleich lang sind sowie mit der dritten einen im wesentlichen rechten Winkel bilden, wobei die vierte Seitenbegrenzung kurven­ förmig in Form einer quadratischen Funktion ausgebildet ist.An essential development of the valve according to the invention be is that the opening of the valve element limit four sides has tongues, two of which are parallel to the axis and are unequal in length and essentially with the third one form a right angle with the fourth side boundary curving is shaped in the form of a square function.

Vorzugsweise verändert das Drosselelement bei der Axialbewegung den Durchtrittsquerschnitt der Öffnung im Bereich der geraden Seitenbe­ grenzungen.Preferably, the throttle element changes the axial movement Cross section of the opening in the area of the straight side borders.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das Ventil dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement in einen Zylin­ derkörper eingesetzt ist, der eine Eintrittsspalte und eine Aus­ trittsspalte für das Strömungsmittel aufweist.According to a further advantageous feature of the invention Valve characterized in that the valve element in a cylinder the body is inserted, an entry column and an off has gaps for the fluid.

Die Querschnittsform der Eintrittsspalte und der Austrittsspalte ist beliebig, vorzugsweise rechteckig. Die Eintrittsspalte bildet durch das Zusammenwirken mit der Öffnung den freien Durchtrittsquer­ schnitt für das Strömungsmittel.The cross-sectional shape of the entry column and the exit column is arbitrary, preferably rectangular. The entry column forms by interacting with the opening, the free passage cross cut for the fluid.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Ventilelement eine Stirnwand aufweist, die mit Mitnahmenocken versehen ist, welche in einen Deckel reingreifen, der mit der Betäti­ gungsvorrichtung verbunden ist. Bei der Betätigungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Motor handeln.Another advantageous feature of the invention is that the valve element has an end wall with driving cams is provided, which reach into a lid, which with the actuator supply device is connected. In the actuator can it is, for example, an engine.

Besonders vorteilhaft ist, daß das Drosselelement mit einer Ein­ stellvorrichtung verbunden ist.It is particularly advantageous that the throttle element with an actuator is connected.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Einstellvorrichtung ist da­ durch gekennzeichnet, daß sich ein an dem Drosselelement befestig­ ter Einstellstift drehbar in einer Hülse befindet, die mit einer stirnseitigen Wand verbunden ist.An advantageous embodiment of the adjusting device is there characterized in that attaches to the throttle element ter adjustment pin is rotatably located in a sleeve with a end wall is connected.

Das erfindungsgemäße Ventil ist besonders servicefreundlich, da­ durch daß das Ventilelement und das Drosselelement im Ventilgehäuse modulartig austauschbar angeordnet sind. The valve according to the invention is particularly easy to service because through that the valve element and the throttle element in the valve housing are arranged interchangeably.  

Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombinationen der beanspruchten Merkmale, die von der beiliegenden Anspruchsfas­ sung abweichen.Such combinations are also considered to be essential to the invention of the features claimed by the appended claims solution.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Ventils im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.The invention is based on a preferred embodiment tion of the valve according to the invention in connection with the Drawing explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Ventil;The drawing shows in Figure 1 a longitudinal section through the valve;

Fig. 2 das Detail "a" in Fig. 1 in Seitenansicht; Figure 2 shows the detail "a" in Figure 1 in side view.

Fig. 3 ein Diagramm, in dem der Volumenstrom Q in Abhängigkeit vom Drehwinkel α dargestellt ist. Fig. 3 is a diagram in which the volume flow Q is shown as a function of the angle of rotation α.

Das dargestellte Ventil ist in eine nicht dargestellte Gasleitung eingebaut und dient zur Steuerung der Brenngaszufuhr zu einem eben­ falls nicht dargestellten Gasbrenner. Das Ventil weist ein würfel­ förmiges Ventilgehäuse 1 auf und ist mit einem Durchtrittskanal 2 für das Brenngas versehen. In das Ventilgehäuse 1 ist mittig ein Zylinderkörper 3 eingesetzt und mit dem Ventilgehäuse 1 verklebt. Allerdings sind auch andere Befestigungsarten möglich. In den Zy­ linderkörper 3 ist drehbar ein hohlzylinderförmiges Ventilelement 4 eingesetzt. Das Ventilelement weist eine Öffnung 5 auf, die im De­ tail in Fig. 2 dargestellt ist. Zwei senkrechte Seitenbegrenzungen 6 und 7 verlaufen parallel zur Drehachse. Die waagerechte Seitenbe­ grenzung 8 bildet mit den Seitenbegrenzungen 6 und 7 rechte Winkel. Die obere Seitenbegrenzung 9 ist kurvenförmig in Form einer quadra­ tischen Funktion ausgebildet. Der Öffnung 5 gegenüberliegend ist eine Austrittsöffnung 10 vorgesehen.The valve shown is installed in a gas line, not shown, and is used to control the fuel gas supply to a gas burner, if not shown. The valve has a cube-shaped valve housing 1 and is provided with a passage channel 2 for the fuel gas. In the valve housing 1, a cylinder body is inserted centrally 3 and bonded to the valve housing. 1 However, other types of fastening are also possible. In the Zy cylinder body 3 , a hollow cylindrical valve element 4 is rotatably used. The valve element has an opening 5 , which is shown in De tail in Fig. 2. Two vertical side boundaries 6 and 7 run parallel to the axis of rotation. The horizontal Seitenbe boundary 8 forms right angles with the side boundaries 6 and 7 . The upper side boundary 9 is curved in the form of a quadratic function. An outlet opening 10 is provided opposite the opening 5 .

Der Zylinderkörper 3 ist mit einer rechteckigen Eintrittsspalte 11 und einer ebenfalls rechteckigen Austrittsspalte 12 versehen. Es sind allerdings auch andere Querschnittsformen denkbar.The cylinder body 3 is provided with a rectangular inlet column 11 and a likewise rectangular outlet column 12 . However, other cross-sectional shapes are also conceivable.

Das Ventilelement 4 besitzt eine Stirnwand 13, die mit Mitnahme­ nocken 14 versehen ist. Diese greifen in einen Deckel 15 ein, der mit einer schematisch dargestellten Betätigungsvorrichtung 16, bei­ spielsweise einem Elektromotor, verbunden ist. The valve element 4 has an end wall 13 which is provided with cam 14 . These engage in a cover 15 , which is connected to a schematically illustrated actuation device 16 , for example an electric motor.

In das Ventilelement 4 ist ein Drosselelement 17 axial verschiebbar eingesetzt. Das Drosselelement wird mittels einer Einstellvorrich­ tung 18 betätigt.A throttle element 17 is inserted axially displaceably in the valve element 4 . The throttle element is operated by means of a setting device 18 .

Die Einstellvorrichtung 18 weist einen Einstellstift 19 auf, der drehbar in einer Hülse 20 gelagert ist. Die Hülse 20 ist in eine stirnseitige Wand 21 eingeschraubt. Da der Einstellstift 19 mittels einer Schraube 22 mit dem Drosselelement verbunden ist, macht das Drosselelement bei einer Drehung des Einstellstiftes eine Axialbe­ wegung.The adjusting device 18 has an adjusting pin 19 which is rotatably mounted in a sleeve 20 . The sleeve 20 is screwed into an end wall 21 . Since the adjusting pin 19 is connected by means of a screw 22 with the throttle element, the throttle member makes during a rotation of the adjusting movement an Axialbe.

Das Ventil ist modulartig aufgebaut. Das Ventilelement 4 kann auf einfache Weise gegen ein Ventilelement mit einem anderen Arbeitsbe­ reich ausgewechselt werden, ohne daß eine umständliche Demontage des Gehäuses notwendig ist. Das Drosselelement ist ebenfalls leicht ausbaubar.The valve has a modular structure. The valve element 4 can be easily replaced with a valve element with another Arbeitsbe rich, without the need for cumbersome disassembly of the housing. The throttle element is also easy to remove.

Nachfolgend wird die Funktion des Ventiles beschrieben: Bei einer Leistungsänderung des Brenners erhält die Betätigungsein­ richtung - in diesem Fall ein Elektromotor - ein Signal und führt eine Drehbewegung aus. Bei der Drehung des Ventilelementes 4 ändert sich der Durchtrittsquerschnitt der Öffnung 5 als Funktion dritten Grades in Abhängigkeit vom Drehwinkel.The function of the valve is described below: If the burner changes output, the actuating device - in this case an electric motor - receives a signal and performs a rotary movement. When the valve element 4 rotates, the passage cross section of the opening 5 changes as a function of the third degree as a function of the angle of rotation.

Der freie Durchtrittsquerschnitt wird gebildet durch das Zusammen­ wirken der Öffnung 5 mit der Eintrittsspalte 11 des Zylinderkör­ pers. Die Austrittsöffnung 10 im Ventilelement und die Austritts­ spalte 12 im Zylinderkörper wirken ebenfalls zusammen, wobei unab­ hängig vom Drehwinkel stets ein genügend großer Durchtrittsquer­ schnitt gegeben ist.The free passage cross section is formed by the interaction of the opening 5 with the inlet column 11 of the cylinder body pers. The outlet opening 10 in the valve element and the outlet column 12 in the cylinder body also act together, regardless of the angle of rotation always a sufficiently large passage cross section is given.

Der maximale Durchfluß kann mit Hilfe des Drosselelementes geändert werden. Wenn sich beispielsweise die Gasbeschaffenheit ändert, kann durch axiale Verschiebung des Drosselelementes nach oben der maxi­ male Durchtrittsquerschnitt der Öffnung begrenzt werden. Die maxi­ male Menge kann auf diese Weise ohne Umbau und ohne Einschränkung des Drehwinkels oder des Druckverlustes eingestellt werden. Zu­ gleich bleibt die Linearität erhalten. Mit dem Drosselelement ist eine Änderung des max. Durchflusses bis zu 50% möglich. The maximum flow can be changed using the throttle element will. For example, if the gas quality changes, by axially moving the throttle element upwards the maxi Male passage cross section of the opening can be limited. The maxi In this way, the quantity can be changed without modification and without restriction the angle of rotation or the pressure drop. To the linearity remains the same. With the throttle element a change in the max. Flow of up to 50% possible.  

In Fig. 3 ist der Durchfluß Q in m3/h in Abhängigkeit vom Drehwin­ kel α angegeben. Das Verhältnis ist im gesamten Stellbereich linear. Die Linie A zeigt die Veränderung des Durchflusses im ungedrossel­ ten Zustand, d. h. das Drosselelement 17 ist nicht im Einsatz. Die Linie B zeigt die Veränderung des Volumenstromes in Abhängigkeit vom Drehwinkel unter dem maximalen Einfluß des Drosselelementes 17. Entsprechend der Stellung des Drosselelementes 17 sind zwischen diesen beiden Linien weitere Linien mit anderen Steigungen einstell­ bar.In Fig. 3, the flow Q is given in m 3 / h depending on the rotation angle α. The ratio is linear in the entire adjustment range. Line A shows the change in the flow in the unthrottled state, ie the throttle element 17 is not in use. Line B shows the change in the volume flow as a function of the angle of rotation under the maximum influence of the throttle element 17 . Corresponding to the position of the throttle element 17 , further lines with different gradients are adjustable between these two lines.

Claims (10)

1. Ventil zum Steuern oder Regeln des Durchflusses eines Strö­ mungsmittels mit einem Ventilgehäuse (1), das einen Durch­ trittskanal (2) für das Strömungsmittel aufweist und mit einem im Durchtrittskanal angeordneten Ventilelement (4), das mit­ tels einer Betätigungsvorrichtung drehbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventilelement (4) eine Öffnung (5) aufweist, die derart gestaltet ist, daß sich ihr Durchtrittsquerschnitt bei einer Drehung des Ventilelementes (4) als Funktion dritten Grades in Abhängigkeit vom Drehwinkel ändert.1. Valve for controlling or regulating the flow of a flow medium with a valve housing ( 1 ) which has a passage channel ( 2 ) for the fluid and with a valve element ( 4 ) arranged in the passage channel, which can be rotated by means of an actuating device, thereby characterized marked that the valve element ( 4 ) has an opening ( 5 ) which is designed such that its passage cross-section changes when the valve element ( 4 ) rotates as a function of the third degree depending on the angle of rotation. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (4) hohlzylinder­ förmig ausgebildet ist, wobei stromab der Öffnung (5) eine Austrittsöffnung (10) vorgesehen ist.2. Valve according to claim 1, characterized in that the valve element ( 4 ) is designed as a hollow cylinder, an outlet opening ( 10 ) being provided downstream of the opening ( 5 ). 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drosselelement (17) axial ver­ schiebbar in das Ventilelement (4) eingesetzt ist, derart, daß sich bei der Axialbewegung der maximale Durchtrittsquerschnitt der Öffnung (5) im Ventilelement (4) verändert.3. Valve according to claim 1 or 2, characterized in that a throttle element ( 17 ) is inserted axially slidably ver in the valve element ( 4 ), such that the maximum passage cross section of the opening ( 5 ) in the valve element ( 4 ) during the axial movement changed. 4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (5) des Ventilelemen­ tes (4) vier Seitenbegrenzungen (6, 7, 8, 9) aufweist, von denen zwei (6, 7) parallel zur Drehachse verlaufen und un­ gleich lang sind sowie mit der dritten (8) einen im wesent­ lichen rechten Winkel bilden, wobei die vierte Seitenbegren­ zung (9) kurvenförmig in Form einer quadratischen Funktion ausgebildet ist.4. Valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the opening ( 5 ) of the Ventilelemen tes ( 4 ) has four side boundaries ( 6 , 7 , 8 , 9 ), two of which ( 6, 7 ) parallel to the axis of rotation run and un equal in length and form a substantially right angle with the third ( 8 ), the fourth side limit ( 9 ) being curved in the form of a square function. 5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (17) bei der Axialbewegung den Durchtrittsquerschnitt der Öffnung (5) im Bereich der geraden Seitenbegrenzungen (6, 7, 8) verändert. 5. Valve according to claim 4, characterized in that the throttle element ( 17 ) during the axial movement changes the passage cross-section of the opening ( 5 ) in the region of the straight side boundaries ( 6 , 7 , 8 ). 6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (4) in einen Zylinderkörper (3) eingesetzt ist, der eine Eintrittsspalte (11) und eine Austrittsspalte (12) für das Strömungsmittel aufweist.6. Valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the valve element ( 4 ) is inserted in a cylinder body ( 3 ) which has an inlet column ( 11 ) and an outlet column ( 12 ) for the fluid. 7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (4) eine Stirn­ wand (13) aufweist, die mit Mitnahmenocken (14) versehen ist, welche in einen Deckel (15) eingreifen, der mit der Betätigungs­ vorrichtung (16) verbunden ist.7. Valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the valve element ( 4 ) has an end wall ( 13 ) which is provided with driving cams ( 14 ) which engage in a cover ( 15 ) with the actuation device ( 16 ) is connected. 8. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (17) mit einer Einstellvorrichtung (18) verbunden ist.8. Valve according to claim 3, characterized in that the throttle element ( 17 ) is connected to an adjusting device ( 18 ). 9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein an dem Drosselelement (17) befestigter Einstellstift (19) drehbar in einer Hülse (20) befindet, die mit einer stirnseitigen Wand (21) verbunden ist.9. Valve according to claim 8, characterized in that an on the throttle element ( 17 ) attached adjusting pin ( 19 ) is rotatably in a sleeve ( 20 ) which is connected to an end wall ( 21 ). 10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (4) und das Dros­ selelement (17) im Ventilgehäuse (1) modulartig austauschbar angeordnet sind.10. Valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that the valve element ( 4 ) and the Dros selelement ( 17 ) in the valve housing ( 1 ) are arranged interchangeably.
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